1. Noções básicas de computação
- Hardware
Profª Jocelma Rios
Mar/2012

2. O que pretendemos:
● Apresentar o histórico da computação
● Apresentar a arquitetura de Von Neumann e
seus componentes
● Explorar o funcionamento dos componentes
computacionais
Refletir sobre a importância dos diversos
componentes do computador e sua influência
na performance dos sistemas computacionais

3. O computador
Um computador é mais que um
conjunto de dispositivos
Eletrônicos realizando uma
multiplicidade de tarefas de
processamento de dados.
É um sistema, uma
combinação de componentes
Inter-relacionados que
desempenham as funções básicas
do sistema, ou seja,
entrada, processamento,
saída, armazenamento
e controle.
James O'Brien

4. Histórico
Vale a pena ver: www.youtube.com/watch?v=q7Si-5pS_5c
● Ábaco - 3500 a.C.
● Instrumento de cálculo, formado por uma moldura
com bastões ou arames paralelos, dispostos no
sentido vertical, correspondentes cada um a uma
posição digital (unidades, dezenas,...) e nos
quais estão os elementos de contagem (fichas,
bolas, contas,...) que podem ser deslizados
● Teve origem provavelmente na Mesopotâmia, há
mais de 5.500 anos – alguns apontam os chineses
como seus inventores
● Pode ser considerado como uma extensão do ato
natural de se contar nos dedos

5. Histórico
● Máquina Aritmética - PASCAL - 1642-1644
– Conhecida como Pascalina → calculadora
decimal
– Blaise Pascal iniciou a automação de
tarefas (adição mecanizada) através do
auxílio de máquinas e os seus resultados
são utilizados até hoje. Tempos mais
tarde, ainda no século 16, adicionou-se
as operações de multiplicação e divisão.
Saiba mais:
www.educ.fc.ul.pt/docentes/opombo/seminario/pasca_l/maquinadepascal.htm

6. Histórico
Vale a pena ver: www.youtube.com/watch?v=y3AeDWfcUrE
● Máquina Analítica/Diferencial - Charles
BABBAGE
– 1823 - Difference Engine: calculava
automaticamente tabelas matemáticas
utilizando o método de diferenças finitas.
Esta máquina foi elaborada para polinômios
de grau 6 e números binários de 20 bits. O
projeto não chegou a ser concluído.
– 1833/1834 - Analytical Engine: introduziu o
conceito de armazenamento de informações, o
que hoje conhecemos como memória. Além
disso, tinha unidade operadora e de
controle, assim como nos computadores
atuais. Utilizava cartões perfurados.

7. Histórico
● Máquina Diferencial - Charles BABBAGE
Fonte: Wikipédia

8. Histórico
● Teoria dos Circuitos Lógicos - BOOLE – 1854
– Estabelece a lógica binária para
armazenar informações
– Conhecida como álgebra de
●
Curiosidades: http://pt.wikipedia.org/wiki/Herman_Hollerith

9. Curiosidades: http://pt.wikipedia.org/wiki/Herman_Hollerith
Histórico
● Computador mecânico – HOLLERITH - 1890
– O americano Hermann Hollerith constrói o
primeiro computador mecânico para atender
à aplicação de contagem o censo
– O processo de contagem do censo americano
reduziu de 7,5 para 2,5 anos
– Informações eram
armazenadas em
cartões
perfurados

10. Histórico
● Máquina de Turing - Alan TURING - 1936
– Alan Turing é considerado o pai da
computação
– Um problema terá solução algorítmica se
existir uma máquina de Turing para
representá-lo
– A Máquina de Turing possui uma fita de
tamanho infinito e um cabeçote para leitura
e escrita que move-se pela fita. Devido ao
seu caráter infinito, tal máquina não pode
ser construída, mas o modelo da mesma pode
simular a computação de qualquer algoritmo
executado em um computador moderno

11. ● MARK I - ~1944
Histórico
– Primeiro computador
eletromecânico
Saiba mais: www.museudocomputador.com.br
● ENIAC – ~1946
– pesquisadores da universidade da
Pennsylvania desenvolveram o primeiro
computador eletrônico
– O ENIAC (Electronic Numerical Integrator
And Calculator) era composto por 18.000
válvulas e 1500 relés sendo capaz de
realizar 5000 operações de adição por
segundo ou 357 multiplicações por segundo.
Sua programação era feita com o auxílio de
cartões perfurados, podendo ler até 2
números por segundo

12. a
1 geração
● 1940-1952
– Computadores à base válvulas à vácuo
– Aplicação nos campos científico e militar
– Linguagem de máquina
– Armazenamento: cartões perfurados
Isaac Asimov - Evidence (conto) -
robôs que imitam seres humanos

13. a
1 geração
● 1940-1952
– Operadoras dos computadores, manipulando
linguagem de máquina

14. a
2 geração
● 1952-1964
– Substituição da válvula pelo transistor
● Mais potência, mais confiabilidade,
menos consumo e menor tamanho
– EDVAC → conceito de programa armazenado
(ainda com válvulas)
– Ampliação das aplicações para as áreas
administrativa e gerencial
– Linguagem de montagem (assembly) e de
alto nível (COBOL, ALGOL, FORTRAN)
– Armazenamento: fitas e tambores
magnéticos

15. a
3 geração
● 1964-1971
– Circuito integrado substituiu o transistor
● Componentes miniaturizados
– Software: multiprogramação, tempo real,
modo interativo
– Armazenamento: memórias de semicondutores e
discos magnéticos
– 1o. minicomputador → PDP 8 da DEC
● Custava 18 mil dólares
● Pesava 300 kg

16. a
4 geração
● 1971-1981
– Microprocessador
● Inclusão da CPU em um único circuito
integrado
– Computador pessoal
– Redes de computadores
– Software: grande quantidade de linguagens
de programação
– Armazenamento:
floppy disk (disquete)

17. a
4 geração
● O Apple II foi lançado ● O IBM PC utilizava o
em 1977 com teclado PC-DOS e possuia a
integrado, gráficos BIOS como única parte
coloridos, sons, de produção exclusiva
gabinete de plástico e da IBM.
8 slots de expansão.

18. a
5 geração
● 1981-?
– Popularização dos microcomputadores
– Componentes com altíssima escala de
integração (tecnologia VLSI)
– Inteligência artificial
– Altíssima e crescente velocidade de
processamento

19. Arquitetura de Von Neumann
A maioria dos
Formalização do projeto computadores atuais
lógico de um computador segue este modelo
● A característica de
máquinas von Neumann é a
composição do sistema a
partir de 4 subsistemas
básicos:
– CPU
– Memória principal
– Sistema de entrada
– Sistema de saída

20. Arquitetura de Von Neumann
● As instruções passaram a ser armazenadas na
memória do computador. Até então elas eram lidas
de cartões perfurados e executadas, uma a uma.
Armazená-las na memória, para então executá-las,
tornaria o computador mais rápido, já que, no
momento da execução, as instruções seriam obtidas
com rapidez eletrônica
● Esse modelo define um computador sequencial
digital em que o processamento das informações é
feito passo a passo, caracterizando um
comportamento determinístico (ou seja, os mesmos
dados de entrada produzem sempre a mesma
resposta)

21. Arquitetura de Von Neumann
A CPU (Unidade Central de Processamento),
por sua vez, tem 3 blocos principais:
● Unidade de Controle (UC)
● Unidade Lógico-Aritmética (ALU)
● Registradores
– inclui um registrador contador de
programa (PC) que indica a posição da
instrução a executar

22. Arquitetura de Von Neumann
Características:
● Utilização do
conceito de programa
armazenado
● Execução sequencial
de instruções
● Existência de um
caminho único entre
memória e unidade de
controle

23. Componentes do computador
Os componentes de hardware de um sistema de
computador incluem dispositivos que auxiliam na
função de entrada, processamento, armazenamento
entrada processamento
de dados e saída.

24. Componentes do computador
Entrada: convertem dados em forma eletrônica
que pode ser entendido pela CPU. São os
teclados, telas touch-screen, canetas óticas,
mouses, microfone, scanners óticos, etc.

25. Componentes do computador
Processamento: é o componente principal de um
sistema de computador
– Controle: é o componente de controle do
computador e está contido na CPU. Seus
circuitos interpretam instruções de
programas/algortimos para o computador e
transmitem ordens para os outros componentes
do sistema computacional
Pentium Dual
Core E-2160
Saiba mais: www.museudocomputador.com.br/encipro.php

26. Componentes do computador
Evolução dos microprocessadores
8086 – 16 bits
– X86-16 bits: 8086, 8088, 80186, 80188,
80286
– X8632 bits: 80386, 80486, Pentium,
Pentium Pro, pentium II, Pentium III,
Pentium IV, , Core, Celeron M, Celeron
D, A100
– X86 64 bits: Pentium IV (alguns modelos),
Pentium Extreme Edition, Celeron D
– ...
Saiba mais: http://ruisalema.tripod.com/processador.html

27. Componentes do computador
Armazenamento: memória principal, HD, disco
flexível, fitas, CD-ROM, DVD, Pen drives, Blu-
ray, ZIP disk, WORM disk, tambores magnéticos
etc.

28. Componentes do computador
● Saída: convertem informações eletrônicas
produzidas pelo computador em forma inteligível
pelo homem. São os monitores de vídeo,
impressoras, fones, caixas de som, etc.

29. CPU
É o ponto focal de um computador, guiando
todas as ações que se desenvolvem no sistema.
• A mesma contém uma Unidade Lógico-Aritmética
(ULA) ou Arithmetic and Logic Unit (ALU), para
executar todas as adições, subtrações,
operações lógicas, etc.
• A ALU também contém diversos registradores,
que funcionam como pequenas porções muito
rápidas de memória, usadas para armazenar
temporariamente os dados e as instruções
utilizadas pela mesma

30. CPU
• Contém toda a lógica de controle, para
coordenar as ações entre todos os elementos da
CPU, assim como os outros componentes de hardware
do computador
• A CPU geralmente está contida inteiramente em
um único circuito integrado (CI), ou chip.

31. CPU
Saiba mais:
http://informatica.hsw.uol.com.br/microprocessadores1.htm

32. Memória
RAM - memória de acesso aleatório (random access
memory)
→ A memória RAM contém bytes de informação e o
microprocessador pode ler ou escrever nestes bytes,
dependendo da linha de comando utilizada: RD ou WR
→ Um dos problemas dos chips RAM é que eles esquecem
tudo uma vez que a energia é desligada
ROM - memória apenas para leitura (read-only memory)
→ É programada de modo permanente
→ Ex: BIOS do computador
Cache – memória de acesso rápido que atua como
intermediária entre a memória RAM e o processador

33. Placa-mãe

34. Execução de instrução
Durante sua operação, a execução de um
programa é uma sequência de ciclos de
máquina Von Neumann, compostos por:
● 1. Busca da instrução (fetch): transfere
instrução da posição de memória apontada por
PC para a CPU
– Busca e decodificação
● 2. Execução da instrução: a unidade de
controle decodifica a instrução e gerencia
os passos para sua execução pela ALU
– Execução e armazenamento dos resultados

35. Hardware de E/S
● Um dispositivo se comunica com o computador
enviando sinais por um meio (cabo ou ar)
● A comunicação se dá por meio de um ponto de
conexão (porta) → Ex: porta serial, porta paralela
● Barramento: conjunto de fios e um protocolo
rigidamente definido que especifica um
conjunto de mensagens
– A transmissão de dados é feita por
padrões de voltagens elétricas aplicadas
aos fios com tempos definidos
– Ex: da memória RAM para o disco rígido
(HD)

36. Hardware E/S
Dispositivos são os meios pelos quais o
usuário interage com a máquina
● Dispositivos de interface:
interface
– Entrada:
● Teclado, mouse, caneta ótica, scanner,
microfone, monitor touch-screen, câmera
– Saída:
● Impressora, fax, plotter, monitor
– Entrada/Saída:
● Modem, placa de rede
● Dispositivos de memória: memória RAM, disco,
fita, pen drive, CD, DVD, SD, flash memory

37. Hardware E/S
Comunicação entre o SO e os dispositivos →
barramento, controladora, porta

38. Hardware E/S
Controladora: é uma coleção de circuitos
eletrônicos que podem operar uma porta, um
barramento ou um dispositivo
– Tem como funções: controle e temporização,
comunicação com o processador, comunicação
com os dispositivos, armazenamento
temporários de dados, e detecção de erros
– Tem um ou mais registros de dados (registro
data-in e registro data-out) e sinais de
controle (registro status e registro control)

39. Hardware E/S
Controladora
– Recebem as requisições do SO e disponibilizam
um meio de comunicação mais simples com os
dispositivos

40. Saiba mais: www.hardware.com.br/dicas/corrida-dos-barramentos.html
Hardware E/S
Barramento: conjunto de fios condutores para
interconexão, que possui um protocolo (regra de
comunicação), que define quais dados podem ser
transmitidos
– ISA
● 8 bits no IBM PC
● 16 bits (5-8 Mb/s) no AT-286
– PCI
● 32 bits (132 Mb/s) → 64 bits (512 Mb/s)
● Plug-and-Play
● Bus mastering: permite aos dispositivos
ler e gravar na memória RAM, sem
interferência do SO

41. Hardware E/S
Porta: consiste de 4 registradores
(1) entrada de dados: lido pela CPU para obter
entrada
(2) saída de dados: lido pela CPU para enviar
saída
(3) status: bits que indicam se o comando foi
completado, se há dado disponível para leitura
ou se houve erro
(4) controle: escrito pela CPU para solicitar
uma requisição ou alterar o modo de um
dispositivo

42. Saiba mais: www.hardware.com.br/artigos/evolucao-portas
Hardware E/S
Porta - tipos
– Serial (RS-232 ou DB9): os bits
são transferidos em fila.
Utiliza 9 fios (pinos) para a
transferência de dados
– Paralela (DB25): os bits são
transferidos em grupos
(geralmente um byte) por vez,
através de diversas linhas
condutoras de sinais

43. Hardware E/S
Porta - tipos
– USB (Universal Serial Bus) → um padrão
● Aceita ligação de até 127 dispositivos
através de uma única porta, usando um Hub
● Plug-and-Play

44. Hardware E/S
Conectores
● É um dispositivo que efetua a ligação entre uma
porta de saída de um determinado equipamento e a
porta de entrada de outro (por exemplo, entre um
computador e um periférico)
● Existem conectores machos e conectores fêmeas
● Existem também vários tipos diferentes de
conectores: DB-9, DB-25, DIN, mini-DIN, VGA, SVGA,
RCA, S-Vídeo, HDMI, etc.
● Atualmente, os conectores estão começando a serem
substituídos pela tecnologia wireless (Wi-fi)

45. Hardware E/S
Conectores - tipos
– DB (9 ou 25 pinos)
É um tipo comum de conector, usado
principalmente em computadores
● Destinado a comunicações seriais
● Foram inventados pela Canon
● Originalmente, DB se referia
exclusivamente ao conector D (por conta
do formato) com 25 pinos, porém a IBM
acabou popularizando o conector de 9
pinos como DB-9, ao invés de DE-9
Saiba mais: http://informatica.hsw.uol.com.br/portas-seriais2.htm

46. Hardware E/S
Conectores - tipos
– VGA
● Padrão gráfico
● 256KBytes de memória de vídeo em RAM
● Modos de 16 e de 256 cores
● Paleta de 262144 cores (2^18: seis bits
[64 valores] para cada uma das
componentes de vermelho, verde e azul)
● Resolução máxima de 800 x 600 pixels
● SVGA é sua evolução
● Está presente nos monitores CRT, TV LCD,
TV de Plasma e projetores multimídia

47. Hardware E/S
Conectores - tipos
– DIN
● Eram inicialmente utilizados para
conexão entre equipamentos de áudio de
origem européia (Philips, Grundig e
Telefunken, entre outros)
● São utilizados atualmente em periféricos
de legado da plataforma IBM PC como
teclados, mouses e periféricos de vídeo
● Existem diversas formas, com quantidade
de pinos, tamanhos e cores diferentes
que ajudam na identificação da função
do equipamento que o utiliza

48. Hardware E/S
Conectores - tipos
– RCA (Radio Corporation of America)
● São comumente utilizados em equipamentos
eletrônicos
● Foram idealizados visando minimizar a
interferência em sinais de pequena
amplitude
● Plugues e soquetes no equipamento tem cores
convencionalmente codificadas para
auxiliar as conexões corretas

49. Hardware E/S
Conectores - tipos
– S-Vídeo
● Utilizado para conectar TV, DVD players,
videocassetes e vídeo-games
● É limitado a uma distancia maior que 5
metros
● Transmite áudio e vídeo

50. Hardware E/S
Conectores - tipos
– HDMI (High-Definition Multimedia Interface)
● Interface condutiva digital de áudio e
vídeo capaz de transmitir dados não
comprimidos
● Suporta através de um único cabo qualquer
formato de vídeo TV ou PC, incluindo os
modo Standard, Enhanced, e Alta Definição
e até 8 canais de áudio digital
● É compatível com o High-bandwidth Digital
Content Protection (HDCP), que é um
sistema anti-pirataria

51. Interface de E/S
Características dos dispositivos de I/O
● Fluxo de caracteres ou bloco: a transferência de
dados em fluxo de caracteres é bit a bit; o outro
transfere em blocos
● Acesso sequencial ou aleatório
● Síncrono ou assíncrono: a transferência de dados é
feita com tempos de resposta previsíveis ou não
● Compartilhável ou dedicado: há partilha
concorrente por vários processos ou não
● Velocidade de operação: vai de alguns bytes/s a
Gb/s
● Leitura/escrita, somente leitura ou somente
escrita

52. Interface de E/S
● Dispositivos de bloco
– Ex: discos rígidos, pen drive, CD, DVD,
SD, disquete
– Comandos básicos: read(), write() e seek()
– Modos de acesso:
● Acesso de alto nível através de
interface de sistemas de arquivos
● Acesso de baixo nível através de array
linear de blocos
● Acesso a memory-mapped files colocadas
no topo do block-device drivers. Uma
memory-mapped interface fornece acesso
ao disco através de um array de bytes
em memória principal

53. Interface de E/S
● Dispositivos de caracter (stream character)
– Ex: teclado, mouse, caneta ótica
– Comandos básicos: get(), put()
– No topo da interface, é possível
construir bibliotecas para edição de
linhas
● p.ex: eliminar um caracter do input
stream através do backspace

54. Interface de E/S
● Dispositivos de rede
– Ex: modem, placa de rede
– Tem interface bem diferentes da read-
write-seek dos discos
– Unix e Windows NT/9i/2000 usam interface
de sockets
● Há separação entre o protocolo da
rede e o funcionamento da rede
● Inclui a funcionalidade select para
manipular conjunto de sockets

55. Para refletir...
Qual a influência que
cada dispositivo mais
comumente utilizado tem
na performance do sistema
computacional?
Como seria a configuração
ideal para um PC de
usuário? E para um
servidor de aplicações?

56. Referências
● SILBERSCHATZ, A.; GALVIN, P.; GAGNE, G.
Sistemas operacionais com Java. Tradução de
Daniel Vieira. Revisão técnica de Sérgio
Guedes de Souza. 7. ed. Revista e ampliada.
Rio de Janeiro: Elsevier, 2008. Cap. 13
● TANENBAWN, A. Sistemas operacionais
Modernos. Tradução de Nery Machado Filho.
Rio de Janeiro: Prentice Hall, 1995. Cap. 5